欧姆定律、功率、和能量

2021-02-10 小编:伟轩 分类:DIY文章教程 阅读(187)
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Georg Ohm发现,在恒定温度下,流经固定线性电阻的电流与施加在其上的电压成正比,并且与电阻成反比。电压,电流和电阻之间的这种关系构成欧姆定律的基础,如下所示。

欧姆定律关系

欧姆定律公式

通过了解电压,电流或电阻的任意两个值,我们可以使用欧姆定律计算出第三个值。欧姆定律广泛用于电子公式和计算中,因此“了解并准确记住这些公式非常重要”。

求电压(V)
[V = I x R] V(伏特)= I(安培)x R(Ω)

求电流,(I)
[I = V÷R] I(安培)= V(伏特)÷R(Ω)

求电阻,(R)
[R = V÷I] R(Ω)= V(伏特)÷I(安培)

通过使用图片,有时更容易记住这种欧姆定律关系。这里,V,I和R的三个量已叠加成一个三角形(称为欧姆定律三角形),在输入电压,而在下面输入电流和电阻。这种排列表示欧姆定律公式中每个数量的实际位置。

欧姆定律三角形

欧姆定律三角形

变换上面的标准欧姆定律方程将为我们提供以下相同方程的组合:

然后,通过使用欧姆定律,我们可以看到向1Ω电阻施加1V电压将在电阻上流过1A电流,并且电阻值越大,对于给定的施加电压,流过的电流越小。任何遵循“欧姆定律”的电气设备或组件,例如电阻器或电缆,都应遵循流经它的电流与跨接在其上的电压(IαV)成正比。半导体类元件诸如晶体管或二极管之类的被成为(电阻)非线性器件。

电路中的功率特性

电路中的电能( P)是电路中能量吸收或产生的速率。诸如电压之类的能源将在所连接的负载吸收电能时产生或输送电能。例如,灯泡和加热器吸收电能并将其转换成热或光,或两者兼而有之。它们的瓦特额定值越高,它们消耗的电能就越多。

功率的符号为P,是电压乘以电流的乘积,测量单位为瓦特(  W  )。前缀用于表示瓦特的各种倍数或约数,例如:毫瓦mW = 10 -3 W)或千瓦kW = 10 3 W)。

功率变换公式(P)

[P = V x I] P(瓦特)= V(伏特)x I(安培)

[P = V 2  ÷R] P(瓦特)= V 2  (伏特)÷R(Ω)

[P = I 2  x R] P(瓦)= I 2  (安培)x R(Ω)

同样,这三个量这次被叠加成一个三角形,称为功率三角形,功率在顶部,电流和电压在底部。同样,此布置表示欧姆定律幂公式中每个量的实际位置。
#p#副标题#e#

功率三角形

功率三角形

将上面的功率三角形进行变换,可以给我们以下相同方程式的组合,以计算得到各个不同的值:

功率三角形变换

我们可以看到变换出来的三种公式来计算电路中的电功率。如果计算出来的功率为正,则该元件吸收功率或者消耗功率。如果计算出来的功率为负,则是产生电能的元件,诸如电池或发电机之类的电源。

额定功率

电气元件在固定电压下消耗的电功率为“额定功率”,单位(W)瓦特。电气元件将电能转换为其他形式的能量(如热,光或运动)的最大速率。例如1 / 4W电阻器,100W灯泡等。

电气元件将一种形式的功率转换成另一种形式。例如,电动机会将电能转换为机械能,而发电机将机械能转换为电能。灯泡将电能转换为光和热。

同样,我们现在知道功率单位是WATT,但是某些电气设备(例如电动机)在旧的“马力”或hp中具有额定功率。马力与瓦数之间的关系为:1hp = 746W。因此,例如,一台两马力的电动机的额定功率为1492W,(2 x 746)或1.5kW。

欧姆定律饼图

为了帮助我们进一步了解各个值之间的关系,我们可以根据欧姆定律方程,变换电压电流电阻以及功率,然后将它们压缩为一个简单的欧姆定律饼图,以用于交流和直流电路及计算如图所示。

欧姆定律饼图

欧姆定律饼图

除了使用上面显示的欧姆定律饼图外,我们还可以将各个欧姆定律方程式放入一个简单的矩阵表中,如图所示,以便在计算未知值时方便参考。

欧姆定律矩阵表

欧姆定律矩形公式

欧姆定律示例

对于下面显示的电路,请找到电压(V),电流(I),电阻(R)和功率(P)。

欧姆定律实例图

电压[V = I x R] = 2 x12Ω= 24V

电流[I = V÷R] = 24÷12Ω= 2A

电阻[R = V÷I] = 24÷2 = 12Ω

功率[P = V x I] = 24 x 2 = 48W
#p#副标题#e#

电路内的功率只有电压和电流都存在情况下才有效。例如,在开路状态下,存在电压,但是没有电流I = 0(零),因此V*00,因此电路内的功耗也必须为0。同样,如果发生短路,则存在电流,但没有电压V = 0,因此0 * I = 0,因此电路内的功耗也为0

由于电功率是V * I的乘积,因此电路中消耗的功率是相同的,无论电路包含高电压和低电流还是低电压和高电流。通常,以热量(加热器),机械功(例如电动机),辐射形式的能量(灯)或存储的能量(电池)的形式消耗电能。

电路中的电能

电能是做功的能力,功或能量的单位是焦耳(  J  )。电能是功率乘以消耗时间的乘积。因此,如果我们知道消耗了多少功率(以瓦特为单位)以及时间(以秒为单位),我们可以找到以瓦特-秒为单位的总能量。换句话说,能量=功率x时间,功率=电压x电流。因此,电能与能量有关,电能的单位为瓦特秒或焦耳

J = P(瓦特)x S(秒)

电能也可以定义为能量传输的速率。如果一个焦耳以一秒钟的恒定速率吸收或输送,那么相应的功率将等于一瓦,因此功率可以定义为“ 1焦耳/秒= 1瓦”。那么我们可以说一瓦等于每秒一焦耳,而电能可以定义为工作或能量传输的速率。

功率能量三角

也可以变换成其它形式

功率能量三角变换

我们之前说过,电能定义为每秒瓦数或焦耳。尽管电能以焦耳为单位,但是当用于计算电能消耗时,焦耳(J)的单位比较小。

例如,如果将一个100瓦的灯泡打开24小时,则所消耗的能量将为8,640,000焦耳(100W x 86,400秒),因此前缀例如千焦kJ = 10 3 J)或兆焦耳MJ =取而代之的是10 6 J),在此简单示例中,消耗的能量将为8.64 MJ(兆焦耳)。

但是使用焦耳,千焦耳或兆焦耳来表达电能时,所涉及的数学运算可能会出现大量数字和很多零值,因此,表达千瓦时所消耗的电能要容易得多。

如果消耗(或产生)的电功率以瓦特或千瓦(千瓦特)为单位,时间以小时而不是秒为单位,则电能的单位将是千瓦时(kWh)。那么我们上面的100瓦灯泡将消耗2400瓦时或2.4千瓦时,这更容易理解8,640,000焦耳。

1 kWhr是一小时内额定功率为1000瓦的设备使用的电量,通常称为“度”。这是用电表计量的,也是我们作为消费者在国家电网购电的单位。

千瓦时是我们家中的电表用来计算我们使用的电能量以及因此支付的电量的标准能量单位。因此,如果使用额定功率为1000瓦的加热元件打开电火并将其打开1小时,则将消耗1千瓦时的电量。如果您打开两个电火炉,每个火炉具有1000瓦的功率,持续半小时,那么总耗电量将完全相同,即1千瓦时。

因此,一小时消耗1000瓦功率会在半小时(一半时间)内消耗与2000瓦功率相同的功率(两倍)。然后,对于一个100瓦的灯泡要使用1 kWh电能,则需要总共打开10个小时(10 x 100 = 1000 = 1kWhr)。

 

现在我们知道电路中电压,电流和电阻之间的关系,在下一个与DC电路有关的教程中,我们将研究电气和电子工程中使用的标准电气单位,以使我们能够计算这些值并查看每个值都可以用标准单位的倍数或约数表示。

献吻 21

巴掌 15

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